med billetkontorets succes med filmen “Interstellar” er mange mennesker begejstrede for udsigterne til ormehuller som et middel til interstellar transport. Selvom der i øjeblikket ikke er noget bevis for, at sådanne eksotiske genstande findes i naturen, er det muligt, at de kunstigt kunne oprettes, måske fra versioner af højere dimensionel strengteori og konstruktion af det grundlæggende rumtidsskum. Ormehulsforskning er i dag et spændende emne med snesevis af papirer offentliggjort i fagfællebedømte tidsskrifter hvert år, men det er værd at blive mindet om dets oprindelse-og det starter fra et overraskende sted.i 1915 offentliggjorde Albert Einstein sin generelle relativitetsteori, hans beskrivelse af tyngdekraften, der pænt definerer, hvordan objekter vil tiltrække hinanden og påvirke rummet og tiden omkring dem. Mange år senere møntede den amerikanske fysiker udtrykket”rum fortæller stof, hvordan man bevæger sig, og stof fortæller rummet, hvordan man kurver”. Einstein beskrev tyngdekraften som en manifestation af rum-tid krumning. Generel relativitet er en kontinuerlig feltteori i modsætning til partikelteorien om stof, der førte til kvantemekanik.Einstein var også involveret i udviklingen af kvantemekanik, teorien der beskriver subatomære partikler. Men han var ikke helt tilfreds med dens iboende usikkerheder og probabilistiske karakter. Så i 1935 arbejdede han sammen med Nathan Rosen for at producere en feltteori for elektroner ved hjælp af generel relativitet. Deres papir fik titlen”Partikelproblemet i den generelle relativitetsteori”. Einstein og Rosen undersøgte muligheden for en atomistisk teori om stof og elektricitet, der ekskluderede diskontinuiteter (singulariteter) i marken, brugte ingen andre variabler end beskrivelsen (metrisk) af generel relativitet og maksels elektromagnetiske teori. En af konsekvenserne var, at den mest elementære ladede partikel viste sig at være en af nulmasse.

i sidste ende var det, de producerede, noget helt originalt. De startede med ligningerne for en sfærisk symmetrisk massefordeling, der allerede blev brugt til sorte huller, og kendt som chvartschild-løsningen,

$$ds^2 = -\dfrac{1}{1 – 2m/r}dr^2-R^2(d\theta^2+\sin^2\theta d\phi^2) + (1-2m/r)dt^2$$

hvor \(ds^2\) er metricen og \(M=GM/C^2\) med sfæriske koordinater \((r,\Theta,\Phi)\) og tid \(t\).

de udførte en koordinattransformation for at fjerne regionen indeholdende krumningens singularitet, en diskontinuitet i rumkurvatur underforstået af sorte huller og lignende fænomener. Singulariteten ved \(r=2M\) blev fjernet ved koordinattransformationen \(u^2 = r – 2m\), hvilket resulterede i en endelig løsning,

$$ds^2 = -4(u^2 + 2M)du^2 – (u^2 + 2M)^2 D\Omega^2 + \dfrac{u^2}{u^2 + 2m} dt^2$$

hvor \(D\Omega^2 = D\theta^2 + \Sin^2\theta d\PHI^2\).

denne løsning var en matematisk repræsentation af det fysiske rum ved et rum på to asymptotisk flade ark forbundet med en bro eller et ormehul med en ‘hals’. Dette forbinder de to ark og analogt to separate dele af det virkelige, tredimensionelle univers. Figur 1 viser rummet omkring ormehullet, hvor rummet over og under bliver fladt ved “kanterne”, når du forstørrer ud til uendelig.

nu var dette ikke et gennemgående ormehul, for det måtte vi afvente fysikernes ankomst John hjul i 1950 ‘erne og Kip Thorne i 1980’ erne. I 1987, med opmuntring af Carl Sagan for hans roman “kontakt” (senere en spillefilm), Thorne og hans kollega Michael Morris var i stand til at konstruere en matematisk beskrivelse, en metrisk, for at beskrive et sfærisk symmetrisk og statisk ormehul med en reel, endelig omkreds. Dette havde en koordinering faldende fra negativ uendelighed-ud i minimalt buet rum — til en minimumsværdi, hvor halsen var placeret, og derefter stigende fra halsen til positiv uendelighed-i et andet minimalt buet rum. Denne løsning har det karakteristiske træk ved ikke at have nogen begivenhedshorisont — i modsætning til et sort hul. Thorne og Morris-papiret fik titlen”ormehuller i rumtid og deres anvendelse til Interstellar rejse: et værktøj til undervisning i generel relativitet”. Dette papir hjalp med at etablere ormehulsforskning som nyt område for akademisk undersøgelse.

siden da er der blevet offentliggjort mange papirer, og der er faktisk foretaget astronomiske undersøgelser, der undersøger de fjerneste stjerner og galakser på jagt efter naturlige ormhuller. Ingen er blevet identificeret endnu, men husk oprindelsen af dette forskningsområde — Einstein-Rosenbroen var ikke et gennemgående ormehul, og det var ikke forfatterens hensigt at producere en, men de producerede den første matematiske beskrivelse af et ormehul. De skal huskes for dette. Videnskabsforskning producerer ofte noget ganske uventet med implikationer, der når langt ud over forskernes oprindelige intentioner.

Kelvin F. Lang

siden denne artikel blev offentliggjort, har vores magasin, Principium, udgivet to numre (udgaver 9 & 10), hvor vi diskuterer ormehuller og Einstein-Rosenbroen mere detaljeret. Disse spørgsmål beskriver også one day symposium om” interstellare ormehuller: fysik og praktisk realisering ” arrangeret af initiativet til interstellare studier i samarbejde med British Interplanetary Society.